GC & GCMS

GC & GCMS

Presented by :

1. Ika Wahyunigwisnu Arimurti(5213413016)2. Amalia Larasati (5213413018)3. Candita Heidy Puspita (5213413026)4. Dwi Waluyo (5213413052)5. Rezang Patuh Rohmad (5213413060)

PENGERTIAN KROMATOGRAFI Kromatografi adalah suatu teknik pemisahan

molekul berdasarkan perbedaan pola pergerakan antara fase gerak dan fase diam untuk memisahkan komponen (berupa molekul) yang berada pada larutan.

Molekul yang terlarut dalam fase gerak, akan melewati kolom yang merupakan fase diam.Molekul yang memiliki ikatan yang kuat dengan kolom akan cenderung bergerak lebih lambat dibanding molekul yang berikatan lemah. Dengan ini, berbagai macam tipe molekul dapat dipisahkan berdasarkan pergerakan pada kolom.Setelah komponen terelusi dari kolom, komponen tersebut dapat dianalisis dengan menggunakan detektor

SEJARAH KROMATOGRAFI GAS Kromatografi pertama kali diperkenalkan oleh

Michael Tswest (1906), seorang ahli botani Rusia. Tswest  menyiapkan kolom yang diisi dengan serbuk kalsium karbonat, dan kedalamnya dituangkan campuran pigmen tanaman yang dilarutkan dalam eter. Secara mengejutkan, pigmen memisahkan dan membentuk lapisan berwarna di sepanjang kolom. Ia menamakan kromatografi pada teknik pemisahan baru ini, dimana “chroma” berarti warna serta “graphein” yang berarti tulisan. Kemudian kimiawan dari Swiss Richard Martin Willstätter (1872-1942) menerapkan teknik ini untuk risetnya yakni untuk pemisahan pigmen klorofil.

PENGERTIAN KROMATOGRAFI GAS Kromatografi gas (GC) adalah jenis umum

dari kromatografi yang  digunakan dalam kimia analitik untuk memisahkan dan menganalisis senyawa yang dapat menguap tanpa dekomposisi. GC dapat digunakan untuk  pengujian kemurnian zat tertentu, atau memisahkan komponen yang berbeda dari campuran (jumlah relatif komponen tersebut juga dapat ditentukan). GC dapat digunakan dalam mengidentifikasi suatu senyawa.

PRINSIP KERJA GCMS

JENIS DAN MACAM ALAT GC      Berdasarkan fasa diamnya, kromatografi gas

dibagi menjadi dua bagian yaitu : 1. Gas Liquid Chromatography (GLC), fasa diamnya

berwujud cair. Cairan tersebut merupakan cairan yang tidak mudah menguap yang melekat pada padatan pendukung yang inert berupa butiran halus. Prinsip pemisahannya berdasarkan perbedaan partisi komponen-komponen dari suatu sampel di antara fasa diam dan fasa gerak.

2. Gas Solid Chromatography (GSC), fasa diamnya berwujud padat. Padatan yang digunakan misalnya karbon, zeolit dan silika gel. Prinsip pemisahannya berdasarkan adsorpsi terhadap fasa diam.

INSTRUMENTASI GC

1. Gas Pengangkut (carrier gas)Gas pengangkut/ pemasok gas (carrier gas) ditempatkan dalam silinder bertekanan tinggi. Biasanya tekanan dari silinder sebesar 150 atm. Tetapi tekanan ini sangat besar untuk digunakan secara Iansung. Gas pengangkut harus memenuhi persyaratan :

a. Harus inert, tidak bereaksi dengan cuplikan, cuplikan-pelarut, dan material dalam kolom.

b. Murni dan mudah diperoleh, serta murah.c. Sesuai/cocok untuk detektor.d. Harus mengurangi difusi gas.

Gas-gas yang sering dipakai adalah : helium, argon, nitrogen, karbon dioksida dan hidrogen. Gas helium dan argon  sangat baik, tidak mudah terbakar, tetapi sangat mahal. H2  mudah terbakar, sehingga harus berhati-hati dalam pemakaiannya. Kadang-kadang digunakan juga CO2.

2. Tempat injeksi ( injection port) Penginjeksian sampel adalah hal yang

penting dalam kromatografi gas,terutama untuk mencegah resolusi yang buruk serta penyebaran sampel yang tidak sesuai. Alat yang biasa digunakan untuk menginjeksikan sampel adalah mycrosyringe (penyemprot mikro). Sampel gas atau cair diinjeksikan melalui diafragma silikon-karet/sekat (septum) menuju penguap cahaya pada kolom utama(port sampel biasanya sekitar 50oC di atas titik didih komponen sampel yang paling menguap). Biasanya ukuran sampel bervariasi dari 0.1 µL hingga 20 µL. Kolum kapiler membutuhkan sampel yang lebih kecil ( ~ 10-3 µL).

3. Kolom Kolom merupakan “jantung” kromatografi gas,

dimana terjadi pemisahan komponen-komponen cuplikan. Pada kromatografi gas terdapat dua jenis kolom yang biasa dipakai, antara lain kolom tertutup (packed) dan kolom kapiler (capilary). Panjang kolom kromatografi antara 2-50 meter atau bahkan lebih. Biasanya terbuat dari stainless steel, gelas, silica gabungan, atau teflon. Agar cocok pada saat termostating,biasanya dibentuk spiral dengan diameter 10-30 cm.

4. Detektor Detektor berfungsi sebagai pendeteksi komponen-

komponen yang telah dipisahkan dari kolom secara terus-menerus, cepat, akurat, dan dapat melakukan pada suhu yang lebih tinggi. Fungsi umumnya mengubah sifat-sifat molekul dari senyawa organik menjadi arus listrik kemudian arus listrik tersebut diteruskan ke rekorder untuk menghasilkan kromatogram. Detektor yang umum digunakan:

a. Detektor hantaran panas (Thermal Conductivity Detector_ TCD)

b. Detektor ionisasi nyala (Flame Ionization Detector_ FID)

c. Detektor penangkap elektron (Electron Capture Detector _ECD)

d. Detektor fotometrik nyala (Falame Photomertic Detector _FPD)

e. Detektor nyala alkalif. Detektor spektroskopi massa

Jenis Detektor Jenis Sampel Batas Deteksi

Kecepatan Alir (ml/menit)

Gas Pembawa

H2 Udara

Hantaran panas Senyawa umum 5-100 ng 15-30 - -

Ionisasi nyawa Hidrokarbon 10-100 pg 20-60 30-60 200-500

Penangkap elektron

Halogen organic, pestisida

0,05-1 pg 30-60 - -

Nitrogen-fosfor Senyawa nitrogen organik dan fospat organic

0,1-10 g 20-40 1-5 700-100

Fotometri nyala (393 nm)

Senyawa-senyawa sulfur

10-100 pg 20-40 50-70 60-80

Fotometri nyala (526 nm)

Senyawa-senyawa fosfor

1-10 pg 20-40 120-170 100-150

Foto ionisasi Senyawa yang terionisasi dg UV

2 pg C/detik 30-40 - -

Konduktivitas elektrolitik

Halogen, N, S 0,5 pg C12 pg S4 pg N

20-40 80 -

Fourier Transform-inframerah (FTIR)

Senyawa-senyawa organik

1000 pg 3-10 - -

Selektif massa Sesuai untuk senyawa apapun

10 pg-10 ng 0,5-30 - -

Emisi atom Sesuai untuk elemen apapun

0,1-20 pg 60-70 -

Beberapa sifat detektor yang digunakan dalam kromatografi gas adalah sebagai berikut :

5. Oven kolom Kolom terletak didalam sebuah oven dalam

instrumen. Suhu oven harus diatur dan sedikit dibawah titik didih sampel. Jika suhu diset terlalu tinggi, cairan fase diam bisa teruapkan, juga sedikit sampel akan larut pada suhu tinggi dan bisa mengalir terlalu cepat dalam kolom sehingga menjadi terpisah.

6.  Rekorder Rekorder berfungsi sebagai pengubah sinyal dari

detektor yang diperkuat melalui elektrometer menjadi bentuk kromatogram. Dari kromatogram yang diperoleh dapat dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatif dengan cara membandingkan waktu retensi sampel dengan standar. Analisis kuantitatif dengan menghitung luas area maupun tinggi dari kromatogram. Sinyal analitik  yang dihasilkan detektor disambungkan oleh rangkaian  elektronik  agar bisa diolah  oleh rekorder atau sistem data.

Sebuah rekorder bekerja dengan menggerakkan kertas dengan kecepatan tertentu.

Ada beberapa detektor yang dapat digunakan dalam kromatografi gas. Detektor yang berbeda akan memberikan berbagai jenis selektivitas. Detektor non selektif  merespon senyawa kecuali gas pembawa, Detektor selektif meresponi berbagai senyawa dengan sifat fisik atau kimia umum dan detektor khusus menanggapi suatu senyawa kimia tunggal.

7. Komputer Komponen GC selanjutnya adalah komputer. GC modern menggunakan komputer yang dilengkapi dengan perangkat lunaknya (software) untuk digitalisasi signal detektor dan mempunyai beberapa fungsi antara lain:

Memfasilitasi setting parameter-parameter instrumen seperti: aliran fase gas; suhu oven dan pemrograman suhu; serta penyuntikan sampel secara otomatis.

Menampilkan kromatogram dan informasi-informasi lain dengan menggunakan grafik berwarna.

Merekam data kalibrasi, retensi, serta perhitungan-perhitungan dengan statistik.

Menyimpan data parameter analisis untuk analisis senyawa tertentu

CARA PENGGUNAAN GC Mengaktifkan GC

1.         Aktifkan Un-interrupable Power Supply (UPS) jika ada.2.         Buka katup gas (alirkan gas ke GC)- Gas Helium (He) sebagai gas pembawa (carier)- Gas Nitrogen (N2) sebagai pembawa (carier) dan sebagai make up gas (FID)- Gas Hydrogen (H2) sebagai gas pembakar (FID)- Gas Compress Air sebagai pembakar (FID)3.         Aktifkan computer.4.         Aktifkan Gas Chromatography (GC) dengan tombol On/Off berada di sisi kiri bawah, tunggu hingga GC selesai initialisasi & self test (kira-kira 2 menit).5.        Aktifkan software chemstation dengan doble  Program  click kiri icon instrument 1 online atau klik start   Instrument 1 online. ChemStation 6.         Pastikan menu berada pada  Load Method (Conditioning Methode)  Method “Method and Run Control”  pilih metode yang diinginkan.7.        Sebelum digunakan, pastikan column sudah diconditioning dengan suhu 20oC dibawah suhu maximum column atau diatas suhu operational tetapi tidak

diperbolehkan melewati suhu max column seperti yang tertera di tag column.8.         Conditioning GC selama 30 menit.  Pilih Methode yang akan digunakan untuk analisa (Method and Run Control)

SEJARAH GCMS Penggunaan spektrometer massa sebagai detektor dalam

kromatografi gas dikembangkan selama tahun 1950 setelah berasal oleh James dan Martin pada tahun 1952..

Perkembangan terjangkau dan miniatur komputer telah membantu dalam penyederhanaan penggunaan instrumen ini, serta memungkinkan perbaikan besar dalam jumlah waktu yang dibutuhkan untuk menganalisis sampel. Pada tahun 1964, Electronic Associates, Inc (EAI), pemasok terkemuka AS komputer analog, mulai pengembangan dikendalikan komputer spektrometer massa quadrupole di bawah arahan Robert E. Finnigan..

Pada tahun 1996 top-of-the-line kecepatan tinggi GC-MS unit menyelesaikan analisis accelerants api dalam waktu kurang dari 90 detik, sedangkan generasi pertama GC-MS akan diperlukan setidaknya 16 menit.

Pada tahun 2000-an instrumen GC komputerisasi / MS menggunakan teknologi quadrupole telah menjadi baik penting untuk penelitian kimia dan salah satu instrumen utama yang digunakan untuk analisis organik. Instrumen GC komputerisasi / MS saat ini banyak digunakan dalam pemantauan lingkungan air, udara, dan tanah, dalam regulasi pertanian dan keamanan pangan, dan dalam penemuan dan produksi obat-obatan.

PENGERTIAN GCMS GC-MS adalah singkatan dari “Gas

Chromatography-Mass Spectrometri”. Instrumen alat ini adalah gabungan dari alat GC dan MS, hal ini berarti sampel yang hendak diperiksa diidentifikasi dahulu dengan alat GC (Gas Chromatography) baru, kemudian diidentifikasi dengan alat MS (Mass Spectrometry). GC dan MS merupakan kombinasi kekuatan yang simultan untuk memisahkan dan mengidentifikasi komponen-komponen campuran.

SPEKTROMETRI MASSA (MS)

INSTRUMENTASI GCMS

KROMATOGRAFI GAS (GC)

1. KROMATOGRAFI GASa.     Carrier Gas Supply

Gas pembawa (carrier gas) pada kromatografi gas sangatlah penting. Gas yang dapat digunakan pada dasarnya haruslah inert, kering, dan bebas oksigen. Kondisi seperti ini dibutuhkan karena gas pembawa ini dapat saja bereaksi dan dapat mempengaruhi gas yang akan dipelajari atau diidentifikasi. Gas yang biasanya digunakan yaitu He, N2, H2

b.     Injeksi SampelSejumlah kecil sampel yang akan dianalisis diinjeksikan pada mesin menggunakan semprit kecil. Jarum semprit menembus lempengan karet tebal (Lempengan karet ini disebut septum) yang mana akan mengubah bentuknya kembali secara otomatis ketika semprit ditarik keluar dari lempengan karet tersebut.

c.     KolomAda dua tipe utama kolom dalam kromatografi gas-cair. Tipe pertama, tube panjang dan tipis berisi material padatan; Tipe kedua, lebih tipis dan memiliki fase diam yang berikatan dengan pada bagian terdalam permukaannya. Ada tiga hal yang dapat berlangsung pada molekul tertentu dalam campuran yang diinjeksikan pada kolom:

Molekul dapat berkondensasi pada fase diam. Molekul dapat larut dalam cairan pada permukaan fase diam Molekul dapat tetap pada fase gas

2. SPEKTROMETRI MASSAa. Sumber Ion

Setelah melewati rangkaian gas kromatografi, sampel gas yang akan diuji dilanjutkan melalui rangkaian spekstroskopi massa. Molekul-molekul yang melewati sumber ion ini diserang oleh elektron, dan dipecah menjadi ionion positifnya. Tahap ini sangatlah penting karena untuk melewati filter, partikel-partikel sampel haruslah bermuatan.

b. FilterSelama ion melui rangkaian spekstroskopi massa, ion-ion ini melalui rangkaian elektromagnetik yang menyaring ion berdasarkan perbedaan masa. Para ilmuwan memisahkan komponen-komponen massa untuk kemudian dipilih yang mana yang boleh melanjutkan yang mana yang tidak (prinsip penyaringan). Filter ini terus menyaring ion-ion yang berasal dari sumber ion untuk kemudian diteruskan ke detektor.

c. DetektorAda beberapa tipe detektor yang biasa digunakan. Detektor ionisasi nyala (FID), merupakan detektor yang umum dan lebih mudah untuk dijelaskan daripada detektor alternatif lainnya.Dalam mekanisme reaksi, pembakaran senyawa organik merupakan hal yang sangat kompleks. Selama proses, sejumlah ion-ion dan elektron-elektron dihasilkan dalam nyala. Kehadiran ion dan elektron dapat dideteksi.  Seluruh detektor ditutup dalam oven yang lebih panas dibanding dengan temperatur kolom. Hal itu menghentikan kondensasi dalam detektor.

PRINSIP DAN CARA KERJA GCMS

1.     Kromatografi Gas (Gas Chromatography)

Kromatografi gas (GC) merupakan jenis kromatografi yang digunakan dalam kimia organik untuk pemisahan dan analisis. GC dapat digunakan untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai komponen dari campuran. Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu dalam mengidentifikasi sebuah senyawa kompleks.Dalam kromatografi gas, fase yang bergerak adalah sebuah operator gas, yang biasanya gas murni seperti helium atau yang tidak reactive seperti gas nitrogen.

2.     Spektroskopi Massa (Mass Spectrometry)Umumnya spektrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.Spektroskopi massa mampu menghasilkan berkas ion dari suatu zat uji, memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai dengan perbandingan massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan relatif tiap jenis ion yang ada.

3.     Kombinasi GCMSSaat GC dikombinasikan dengan MS, akan didapatkan sebuah metode analisis yang sangat bagus. Peneliti dapat menganalisis larutan organik, memasukkannya ke dalam instrumen, memisahkannya menjadi komponen tinggal dan langsung mengidentifikasi larutan tersebut. Selanjutnya, peneliti dapat menghitung analisa kuantitatif dari masing-masing komponen. Pada Gambar 4, sumbu z menyatakan kelimpahan senyawa, sumbu x menyatakan spektrum kromatografi, dan sumbu y menyatakan spektrum spektroskopi massa. Untuk menghitung masing-masing metode dapat divisualisasikan ke dalam grafik dua dimensi.

4.     Metode Analisis Cromatography Mass Spectrometry (GCMS)

Pada metode analisis GCMS (Gas Cromatografy Mass Spektroscopy) adalah dengan membaca spektra yang terdapat pada kedua metode yang digabung tersebut. Pada  spektra GC jika terdapat bahwa dari sampel mengandung banyak senyawa, yaitu terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalam spektra GC tersebut. Berdasarkan data waktu retensi yang sudah diketahui dari literatur, bisa diketahui senyawa apa saja yang ada dalam sampel.

   Selanjutnya adalah dengan memasukkan senyawa yang diduga tersebut ke dalam instrumen spektroskopi massa. Hal ini dapat dilakukan karena salah satu kegunaan dari kromatografi gas adalah untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu sampel. Setelah itu, didapat hasil dari spektra spektroskopi massa pada grafik yang berbeda

APLIKASI KEGUNAAN ALAT GCMS1. Pemantauan lingkungan dan

pembersihan GC-MS menjadi alat pilihan untuk melacak polutan organik di lingkungan. Biaya peralatan GC-MS telah menurun secara signifikan, dan kehandalan telah meningkat pada saat yang sama, yang telah memberikan kontribusi terhadap adopsi meningkat dalam studi lingkungan . Ada beberapa senyawa yang GC-MS tidak cukup sensitif, termasuk pestisida dan herbisida tertentu, tetapi untuk analisis organik sebagian besar sampel lingkungan, termasuk banyak kelas utama pestisida, sangat sensitif dan efektif.

2. Forensik kriminal GC-MS dapat menganalisis partikel dari tubuh manusia untuk membantu menghubungkan kriminal untuk kejahatan . Analisis api puing-puing dengan menggunakan GC-MS mapan, dan bahkan ada American Society didirikan untuk Bahan Pengujian (ASTM) standar untuk analisis puing-puing kebakaran. GCMS / MS sangat berguna di sini sebagai sampel sering mengandung matriks yang sangat kompleks dan hasil, yang digunakan di pengadilan, harus sangat akurat.

3. Penegakan hukum GC-MS semakin banyak digunakan untuk mendeteksi narkotika ilegal, dan akhirnya dapat menggantikan anjing mengendus obat. Hal ini juga sering digunakan dalam toksikologi forensik untuk menemukan obat dan / atau racun dalam spesimen biologi dari tersangka, korban, atau almarhum .

4. Analisis Olahraga anti-doping GC-MS adalah alat utama yang digunakan dalam olahraga anti-doping laboratorium untuk menguji sampel urine atlet untuk dilarang obat meningkatkan kinerja, misalnya steroid anabolik

5. Makanan, minuman dan analisis parfum Makanan dan minuman mengandung banyak senyawa aromatik , beberapa secara alami hadir dalam bahan baku dan beberapa membentuk selama pemrosesan. GC-MS secara luas digunakan untuk analisis senyawa ini yang meliputi ester , asam lemak , alkohol , aldehida , senyawa terpen dll Hal ini juga digunakan untuk mendeteksi dan mengukur kontaminan dari pembusukan atau pemalsuan yang mungkin berbahaya dan yang sering dikendalikan oleh lembaga pemerintah, misalnya pestisida .

6. Kedokteran Puluhan penyakit metabolik bawaan juga dikenal sebagai kesalahan metabolisme bawaan sekarang terdeteksi oleh tes skrining bayi baru lahir, terutama pengujian menggunakan gas kromatografi-spektrometri massa. GC-MS dapat menentukan senyawa dalam urine bahkan dalam konsentrasi kecil. Senyawa ini biasanya tidak hadir tetapi muncul pada individu yang menderita gangguan metabolisme. Hal ini semakin menjadi cara yang umum untuk mendiagnosa IEM untuk diagnosis dini dan pengobatan lembaga akhirnya mengarah ke hasil yang lebih baik. Sekarang mungkin untuk menguji bayi yang baru lahir selama lebih dari 100 gangguan metabolisme genetik dengan tes urine saat lahir didasarkan pada GC-MS.